Grundlagen der Vakuumtechnik

Transcription

Arbeitsbuch
TP 230
Mit CD-ROM
V1
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1
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3
1Z1
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3
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1V1
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24 V
1
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13
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12
14
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14
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3
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11
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31
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32
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0V
11
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14 .2
21
22
24 .3
31
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42
44
1M1
Festo Didactic
567257 DE
Bestell-Nr.:
Stand:
Autor:
Redaktion:
Grafik:
Layout:
567257
10/2010
Ralph-Christoph Weber
Frank Ebel
Ralph-Christoph Weber
10/2010, Frank Ebel
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2010
Internet: www.festo-didactic.com
E-Mail: [email protected]
Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten,
soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte
vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen
durchzuführen.
Hinweis
Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch
Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine
geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem
besseren Verständnis der Formulierungen.
Inhalt
Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ IV
Vorwort _________________________________________________________________________________ V
Einleitung ______________________________________________________________________________ VII
Sicherheits- und Arbeitshinweise __________________________________________________________ VIII
Technologiepaket für Elektropneumatik (TP 200) _______________________________________________X
Lernziele der Aufbaustufe (TP 230) ___________________________________________________________ XI
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben _____________________________________________________ XII
Gerätesatz der Ausbaustufe (TP 230) ________________________________________________________ XIII
Zuordnung von Geräten und Aufgaben _______________________________________________________ XVI
Methodische Hilfen für den Ausbilder_______________________________________________________ XVII
Methodische Struktur der Aufgaben ________________________________________________________ XVII
Bezeichnung der Geräte__________________________________________________________________ XVII
Inhalte der CD-ROM _____________________________________________________________________ XVIII
Aufgaben und Lösungen
Aufgabe 1: Erzeugen von Vakuum ____________________________________________________________3
Aufgabe 2: Auswählen von Vakuumsaugern für unterschiedliche Werkstücke _______________________ 11
Aufgabe 3: Aufrecht erhalten von Vakuum beim Einsatz von mehr als einem Sauger __________________ 21
Aufgabe 4: Überwachung des Unterdrucks ___________________________________________________ 29
Aufgabe 5: Einsparen von Druckluft in einem Vakuumsystem ____________________________________ 37
Aufgabe 6: Kontrolliertes Lösen von Werkstücken bei bestehendem Vakuum _______________________ 43
Aufgaben und Arbeitsblätter
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567257
III
Inhalt
IV
1
1.1
1.2
Einführung in die Vakuumtechnik____________________________________________________ I-3
Vakuumtechnische Grundbegriffe ____________________________________________________ I-3
Vakuumbereiche __________________________________________________________________ I-5
2
2.1
2.2
2.3
2.4
Vakuumerzeugung in der Handhabungstechnik ________________________________________ I-7
Vakuumpumpen __________________________________________________________________ I-7
Wirkprinzip der Verdrängerpumpen __________________________________________________ I-7
Hinweise zur Pumpenauswahl ______________________________________________________ I-10
Ejektoren _______________________________________________________________________ I-11
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
Vakuumelemente in der Handhabungstechnik ________________________________________
Ventile _________________________________________________________________________
Vakuummeter ___________________________________________________________________
Vakuumspeicherung ______________________________________________________________
Saugnäpfe ______________________________________________________________________
Faltenbalgsaugnapf ______________________________________________________________
Saugnapfauswahl ________________________________________________________________
Vakuumsaugventile ______________________________________________________________
I-17
I-17
I-17
I-18
I-19
I-20
I-21
I-23
Bestimmungsgemäße Verwendung
Das Trainingspaket Grundlagen der Vakuumtechnik ist nur zu benutzen:
• für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb
• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand
Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten
sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib
und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.
Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich
Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die
Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die
in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.
Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des
Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes
außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden
vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.
V
VI
Vorwort
Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen
Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des
Lernsystems:
• Technologieorientierte Trainingspakete
• Mechatronik und Fabrikautomation
• Prozessautomation und Regelungstechnik
• Robotino® – Lernen und forschen mit mobilen Robotern
• Hybride Lernfabriken
Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,
Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare
Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik und elektrischen Antrieben.
Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Pakete
hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen
Antrieben möglich.
VII
Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen:
• Hardware
• Medien
• Seminare
Hardware
Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und
Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte
der begleitenden Medien angepasst.
Medien
Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die
praxisorientierte Teachware umfasst:
• Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse)
• Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen)
• Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen)
• Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung)
• Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten)
Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt:
• Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte)
• Simulationssoftware
• Visualisierungssoftware
• Software zur Messdatenerfassung
• Projektierungs- und Konstruktionssoftware
• Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen
Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht
konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.
Seminare
Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und
Weiterbildung ab.
Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?
Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]
Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.
VIII
Einleitung
Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma
Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und
Weiterbildung. Das Trainingspaket TP 230 behandelt das Thema Grundlagen der Vakuumtechnik.
Die Themen Vakuumerzeugung, Systemauslegung, Auswahl von Sauggreifern und typische Schaltungen mit
Sauggreifern werden umfassend behandelt. Zusätzlich wird die Reduzierung des Druckluftverbrauchs in
Vakuumsystemen dargestellt.
Voraussetzung für den Aufbau der Steuerungen ist ein fester Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo
Didactic Profilplatte. Die Profilplatte hat 14 parallele T Nuten im Abstand von je 50 mm. Als
Gleichspannungsquelle dient ein kurzschlusssicheres Netzgerät (Eingang: 230 V, 50 Hz, Ausgang: 24 V,
max. 5 A). Zur Druckluftversorgung kann ein mobiler, schallgedämpfter Verdichter (230 V, ca. 50 l/min,
maximal 800 kPa = 8 bar) verwendet werden.
Der Arbeitsdruck soll maximal p = 600 kPa = 6 bar betragen. Eine optimale Ablaufsicherheit erreichen Sie,
wenn die Steuerung bei einem Arbeitsdruck von p = 500 kPa = 5 bar ölfrei betrieben wird.
Zur praktischen Durchführung der 6 Aufgabenstellungen benötigen Sie zusätzlich zum Gerätesatz TP 230
Komponenten aus dem Gerätesatz TP 201. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieses
Arbeitsbuchs können dem Lehrbuch
• Pneumatik/Elektropneumatik
und dem Anhang dieses Arbeitsbuchs entnommen werden.
Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Vakuumsaugdüsen, Vakuumsauger,
Vakuumschalter usw.) zur Verfügung.
IX
Sicherheits- und Arbeitshinweise
Allgemein
Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Steuerungen
arbeiten.
Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Elementen, insbesondere auch alle Hinweise
zur Sicherheit!
Mechanik
• Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte.
• Grenztaster dürfen nicht frontal betätigt werden.
• Verletzungsgefahr bei der Fehlersuche!
• Benutzen Sie zur Betätigung der Grenztaster ein Werkzeug, z. B. einen Schraubendreher.
• Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau.
Elektrik
• Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Verbindungen nur in spannungslosem Zustand!
• Verwenden Sie für die elektrischen Verbindungen nur Anschlussleitungen mit Sicherheitssteckern.
• Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC.
Pneumatik
• Überschreiten Sie nicht den zulässigen Druck von 600 kPa (6 bar).
• Schalten Sie die Druckluft erst ein, wenn Sie alle Schlauchverbindungen hergestellt und gesichert
haben.
• Entkuppeln Sie keine Schläuche unter Druck.
• Verletzungsgefahr beim Einschalten von Druckluft!
Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren.
• Unfallgefahr durch abspringende Schläuche!
Verwenden Sie kürzest mögliche Schlauchverbindungen.
Tragen Sie eine Schutzbrille.
Beim Abspringen von Schläuchen:
Schalten Sie die Druckluftzufuhr sofort ab.
• Pneumatischer Schaltungsaufbau:
Verbinden Sie die Geräte mit dem Kunststoffschlauch mit 4 mm oder 6 mm Außendurchmesser. Stecken
Sie dabei den Schlauch bis zum Anschlag in die Steckverbindung.
Schalten Sie vor dem Schaltungsabbau die Druckluftversorgung ab.
• Pneumatischer Schaltungsabbau:
Drücken Sie den blauen Lösungsring nieder, der Schlauch kann abgezogen werden.
X
Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A bis D ausgestattet:
Variante A, Rastsystem
Leichte nicht belastbare Geräte (z.B. Wege-Ventile). Gerät einfach in die Nut der Profilplatte einklipsen.
Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels.
Variante B, Drehsystem
Mittelschwere belastbare Geräte (z.B. Aktuatoren). Diese Geräte werden durch Hammerschrauben auf die
Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue Griffmutter.
Variante C, Schraubsystem
Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z.B. Einschaltventil
mit Filterregelventil). Die Elemente werden mit Zylinderschrauben und Hammermuttern befestigt.
Variante D, Stecksystem
Leichte nicht belastbare Geräte mit Steckbolzen (z.B. Meldeeinrichtung). Sie werden mit Steckadaptern
befestigt.
Beachten Sie die Angaben in den Datenblättern zu den einzelnen Geräten.
XI
Technologiepaket für Elektropneumatik (TP 200)
Das Technologiepaket TP 200 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln sowie
Seminaren. Gegenstand dieses Paketes sind ausschließlich elektropneumatische Steuerungen. Einzelne
Elemente aus dem Technologiepaket TP 200 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.
Wichtige Elemente des TP 200
• Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte
• Verdichter (230 V, 0,55 kW, maximal 800 kPa = 8 bar)
• Gerätesätze oder Einzelkomponenten
• Optionale Lernmittel
• Praxismodelle
• Komplette Laboreinrichtungen
Ausbildungsunterlagen
Lehrbücher
Pneumatik/Elektropneumatik
Grundlagen der pneumatischen Steuerungstechnik
Wartung pneumatischer Geräte und Anlagen
Arbeitsbücher
Optionale Teachware
Grundlagen der Vakuumtechnik TP 230
Transparentfoliensätze und Tageslichtprojektor
Haftbildzeichen, Zeichenschablone
WBT Elektropneumatik, WBT Pneumatik
WBTs Elektrik 1 + 2, WBTs Elektronik 1 + 2
Schnittmodellsatz mit Aufbewahrungskoffer
Simulationssoftware FluidSIM® Pneumatik
Seminare
P111
Grundlagen der Pneumatik und der Elektropneumatik
P121
Instandhaltung und Fehlersuche an pneumatischen und elektropneumatischen Anlagen
P-OP
Der Verschwendung auf der Spur – wirtschaftlicher Einsatz der Pneumatik
IW-PEP
Instandhaltung und Wartung in der Steuerungstechnik – pneumatische und elektropneumatische
Steuerungen
P-AL
Pneumatik für die berufliche Ausbildung
P-AZUBI
Pneumatik und Elektropneumatik für Auszubildende
VUU
Der Einsatz von Vakuum in der Handhabungstechnik
P-KOMPAKT
Intensivtraining Pneumatik und Elektropneumatik
Veranstaltungsorte, Termine und Preise entnehmen Sie bitte dem aktuellen Seminarplaner.
Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem
Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, die Filme, CD-ROMs
und DVDs sowie die Fachbücher werden in mehreren Sprachen angeboten.
XII
Lernziele der Aufbaustufe (TP 230)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sie können Unterdruck erzeugen.
Sie kennen die Funktion einer Venturidüse.
Sie kennen die Auswirkung des Systemdrucks auf das erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei
unterschiedlichen Vakuumsaugdüsen.
Sie kennen die Auswirkung von Drosselstellen (z.B. dünner bzw. langer Schlauch, verstopfter
Schalldämpfer) auf die Unterdruckerzeugung.
Sie können Vakuum regeln und einstellen.
Sie kennen den Einfluss des Durchmessers auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers
Sie können zu unterschiedlichen Werkstücken den passenden Vakuumsauger auswählen
Sie kennen den Einfluss der Oberfläche eines Werkstücks auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers
Sie kennen den Einfluss der Werkstückoberfläche auf die Haltekraft
Sie kennen Methoden ein Vakuum aufrecht zu erhalten, wenn beim Einsatz von mehreren Saugern nicht
alle greifen.
Sie können Werkstücke mit nicht ebener Geometrie mit Vakuumsauggreifern greifen.
Sie können den Unterdruck mit einem Druckschalter überwachen
Sie können diese Überwachung unter unterschiedlichen Randbedingungen durchführen.
Sie können eine Schaltung aufbauen, die es ermöglicht, den Druckluftverbrauch in einem
Vakuumsystem zu minimieren
Sie können die Kosteneinsparung durch diese Sparschaltung und deren Amortisationszeit berechnen.
Sie können Werkstücke kontrolliert vom Sauggreifer lösen, wenn bei einer Druckluft-Sparschaltung der
Transportvorgang beendet ist.
XIII
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
•
•
Lernziele
Sie können Unterdruck erzeugen.
•
Sie kennen die Funktion einer Venturidüse.
•
Sie kennen die Auswirkung des Systemdrucks auf das
erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei
•
Sie kennen die Auswirkung von Drosselstellen (z.B.
dünner bzw. langer Schlauch, verstopfter
Schalldämpfer,…?) auf die Unterdruckerzeugung.
•
Sie können Vakuum regeln und einstellen.
•
Sie kennen den Einfluss des Durchmessers auf die
Haltekraft eines Vakuumsaugers
Sie können zu unterschiedlichen Werkstücken den
•
passenden Vakuumsauger auswählen
•
Sie kennen den Einfluss der Oberfläche eines
Werkstücks auf die Haltekraft eines Vakuumsaugers
•
Sie kennen den Einfluss der Werkstückoberfläche auf
die Haltekraft
•
Sie kennen Methoden ein Vakuum aufrecht zu
erhalten, wenn beim Einsatz von mehreren Saugern
nicht alle greifen.
Sie können Werkstücke mit nicht ebener Geometrie
mit Vakuumsauggreifern greifen.
Sie können den Unterdruck mit einem Druckschalter
überwachen
Sie können diese Überwachung unter
unterschiedlichen Randbedingungen durchführen.
•
•
•
•
•
Sie können eine Schaltung aufbauen, die es
ermöglicht, den Druckluftverbrauch in einem
Vakuumsystem zu minimieren
•
Sie können die Kosteneinsparung durch diese
Sparschaltung und deren Amortisationszeit
berechnen.
•
Sie können Werkstücke kontrolliert vom Sauggreifer
lösen, wenn bei einer Druckluft-Sparschaltung der
Transportvorgang beendet ist.
XIV
•
Gerätesatz der Ausbaustufe (TP 230)
Dieser Gerätesatz ist für die Grundausbildung in elektropneumatischer Steuerungstechnik
zusammengestellt. Er enthält alle Elemente, die für die Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich
sind und kann mit anderen Gerätesätzen beliebig erweitert werden. Zum Aufbau funktionsfähiger
Steuerungen werden zusätzlich die Profilplatte, ein elektrisches Netzgerät, unterschiedliche Komponenten
aus TP 201 und eine Druckluftquelle benötigt.
Gerätesatz (TP 230)
Benennung
Bestell-Nr.
Menge
Vakuumsauger (schwarz) 20mm
573043
1
573044
1
Vakuumsauger (transparent) 20mm
573045
1
573046
1
Faltenbalgsauger 3,5 (transparent) 20mm
573047
2
Ovalsauger 4x20
573057
4
Vakuumsaugdüse 05 H
573258
1
Vakuumsaugdüse 05 L
573259
1
Druckluftspeicher
152912
1
Rückschlagventil
153462
1
Drosselventil
193972
1
Vakuummeter
573042
1
Vakuumschalter
548624
1
Bestell-Nr.
Menge
3/2-Wege-Magnetventil, RS geschlossen
539776
1
5/2- Wege-Magnetventil als 3/2 RS Offen
539777
1
Signaleingabe, elektrisch
162242
1
Relais, 3-fach
162241
1
Verteilerblock
152896
1
T-Steckverbinder
153128
2
Einschaltventil mit Filterregelventil
540691
1
Benötigte Komponenten aus TP 201
Benennung
XV
Symbole des Gerätesatzes
Benennung
Symbol
Relais, 3-fach
A1
12 14
22 24
32 34
42 44
11
21
31
41
12 14
22 24
32 34
42 44
11
21
31
41
12 14
22 24
32 34
42 44
11
21
31
41
A2
A1
A2
A1
A2
13
21
14
22
13
21
14
22
3/2-Wege-Magnetventil, in
Ruhestellung gesperrt
13
21
14
22
13
21
14
22
12
2
1M1
1
3
1M1
XVI
Benennung
Symbol
5/2-Wege-Magnetventil
Druckluftspeicher
Vakuumschalter
p
Rückschlagventil
2
1
Drosselventil
2
1
Vakuumsaugdüse
1
3
2
Vakuumsauger
XVII
Zuordnung von Geräten und Aufgaben
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
2
2
2
2
1
1
1
1
1
Geräte
1
1
1
1
Faltenbalgsauger 3,5 (transparent) 20mm
mit Saugventil
1
Ovalsauger 4x20
1
Vakuumsaugdüse 05 L
1
1
1
Vakuumsaugdüse 05 H
1
1
1
Druckluftspeicher
1
Rückschlagventil
Drosselventil
1
Vakuummeter
1
1
(1)
1
Vakuumschalter
1
1
1
Zusätzlich werden folgende Komponenten aus dem Trainingspaket TP 201 benötigt.
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
1
1
1
1
1
1
1
Geräte
3/2-Wege-Magnetventil, RS geschlossen
1
1
1
5/2- Wege-Magnetventil als 3/2 RS Offen
XVIII
Druckregelventil
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Relais, 3-fach
1
1
1
1
1
1
Verteilerblock
1
1
1
1
1
1
Einschaltventil mit Filterregelventil
1
1
1
1
1
1
Netzgerät 24 V DC
1
1
1
1
1
1
Methodische Hilfen für den Ausbilder
Lernziele
Das Groblernziel der vorliegenden Aufgabensammlung ist der systematische Entwurf von Schaltplänen
sowie der praktische Aufbau der Steuerung auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von
Theorie und Praxis ist ein schneller Lernfortschritt gewährleistet. Konkrete Einzellernziele sind jeder
Aufgabenstellung zugeordnet. Wichtige Lernziele der Nachbereitung stehen in Klammern.
Elemente des Gerätesatzes
Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle Aufgaben benötigen Sie nur
Elemente eines Gerätesatzes der Grundstufe TP 201.
Jede Aufgabe der Grundstufe kann auf einer Profilplatte aufgebaut werden.
Jede Aufgabe der Grundstufe kann auf einer Profilplatte aufgebaut werden.
Methodische Struktur der Aufgaben
Alle Aufgaben im Teil A haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in:
• Titel
• Lernziele
• Problemstellung
• Randbedingungen
• Projektauftrag
• Arbeitsblätter
Das Lehrerhandbuch enthält die Lösung zu jedem Aufgabenblatt aller Aufgaben.
Bezeichnung der Geräte
Die Bezeichnung der Elemente erfolgt in den Schaltplänen nach Norm DIN ISO 1219-2. Alle Bauteile eines
Schaltkreises besitzen dieselbe Hauptkennziffer. In Abhängigkeit des Bauteiles werden Buchstaben
vergeben. Mehrere Bauteile innerhalb eines Schaltkreises werden durchnummeriert. Druckstränge erhalten
die Bezeichnung P und werden getrennt durchnummeriert.
Antriebe:
Ventile:
Sensoren:
Signaleingabe:
Zubehör:
Druckstränge:
1A1, 2A1, 2A2, ...
1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ...
1B1, 1B2, ...
1S1, 1S2, ...
0Z1, 0Z2, 1Z1, ...
P1, P2, ...
XIX
Inhalte der CD-ROM
Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM
Ihnen weitere Medien zur Verfügung.
Die CD-ROM enthält folgende Ordner:
• Datenblätter
• Demo
• Festo Katalog
Datenblätter
Die Datenblätter der Geräte des Technologiepakets stehen als pdf-Dateien zur Verfügung.
Demo
Eine Demo-Version des Softwarepakets FluidSIM® Pneumatik ist auf der CD-ROM gespeichert. Schon diese
Version eignet sich zum Testen entwickelter Steuerungen.
Festo Katalog
Für ausgesuchte Geräte erhalten Sie Seiten aus dem Festo AG & Co. KG Katalog. Die Darstellung und
Beschreibung der Geräte in dieser Form soll zeigen, wie diese Geräte in einem industriellen Katalog
dargestellt sind. Zusätzlich finden sich hier ergänzende Informationen zu den Geräten.
XX
Aufgaben und Lösungen
1
2
Aufgabe 1
Erzeugen von Vakuum
Lernziele
Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben,
• können Sie Unterdruck erzeugen.
• kennen Sie die Funktion einer Venturidüse.
• kennen Sie die Auswirkung des Systemdrucks auf das erreichte Vakuum und die Evakuierungszeit bei
• kennen Sie die Auswirkung von Drosselstellen auf die Unterdruckerzeugung.
• können Sie Vakuum regeln und einstellen.
Problemstellung
Es soll eine Handlingvorrichtung für unterschiedliche Werkstücke entwickelt werden. Ihre Aufgabe besteht
darin, unterschiedliche Komponenten zu prüfen und die Einsatzmöglichkeiten von Vakuumtechnik für
diesen Zweck auszuloten. Zuerst müssen Sie die Komponenten zur Erzeugung des Unterdrucks
untersuchen.
•
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Randbedingungen
Setzen Sie die Vakuumsaugdüsen des Gerätesatzes ein.
Projektauftrag
Beschreiben Sie die Funktionsweise einer Vakuumsaugdüse.
Bauen Sie die Testschaltung auf.
Messen Sie das erzeugte Vakuum und die Evakuierungszeit mit unterschiedlichen Saugdüsen.
Zeichnen Sie die Kennlinien beider Saugdüsen.
Vergleichen Sie beide Vakuumsaugdüsen miteinander und beschreiben Sie die Unterschiede.
Nennen Sie mögliche negative Einflüsse auf die Vakuumerzeugung.
3
Aufgabe 1 – Erzeugen von Vakuum
Funktionsweise einer Vakuum-Saugdüse nach dem Venturi-Prinzip
–
Benennen Sie die unterschiedlichen Bestandteile und die Anschlüsse der unten abgebildeten VakuumSaugdüse. Tragen Sie hierzu die entsprechenden Bezeichnungen hinter die Zahlen in der Tabelle ein.
Abluftanschluss, Druckluftanschluss, Fangdüse, Strahldüse, Vakuum/Saug-Anschluss
2
3
1
4
5
Vakuum-Saugdüse
Nummer
Bezeichnung
1
Druckluftanschluss
2
Strahldüse
3
Fangdüse
4
Abluftanschluss
5
Vakuum/Saug-Anschluss
–
Beschreiben sie die Funktionsweise der Vakuumsaugdüse nach dem Venturi-Prinzip.
Vom Druckluftanschluss (1) strömt Druckluft durch eine Querschnittsverengung, die Strahldüse (2)
der Vakuumsaugdüse. An dieser Verengung steigert sich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft auf
Überschallgeschwindigkeit. Nach dem Austritt aus der Strahldüse expandiert die Luft und strömt
durch die Fangdüse (3) über den Abluftanschluss (4) aus. Bei diesem Vorgang entsteht in der Kammer
um die Strahldüse ein Unterdruck. Dieses führt zum Ansaugen von Luft im Sauganschluss (5).
4
Messen des erzeugten Unterdrucks unterschiedlicher Vakuum-Saugdüsen
Bauen Sie die Steuerung nach dem unten abgebildeten Schaltplan auf. Messen Sie bei unterschiedlichem
Systemdruck den mit der Vakuumsaugdüse erreichten Unterdruck. Vergleichen Sie die beiden
Vakuumsaugdüsen des Gerätesatzes.
–
Tragen Sie die von Ihnen ermittelten Werte in die untenstehende Tabelle ein.
+24 V
1
2
1V3
1
3
3
2
13
S1
14
12
24
11
1Z1
1V2
K1
K1
14
22
21
2
31
S2
1
3
32
1V1
A1
K1
1M1
2
1M1
1
3
A2
0V
11
12
14 .2
21
22
24 .3
31
32
34
41
42
44
Saugdüse VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2
Saugdüse VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2
Erreichter Unterdruck (bar)
Erreichter Unterdruck (bar)
1 bar
-0,08
0
2 bar
-0,34
-0,14
3 bar
-0,54
-0,2
4 bar
-0,7
-0,3
5 bar
-0,77
-0,38
6 bar
-0,8
-0,42
Systemdruck
5
Zeichnen der Unterdruck-Kennlinie
–
Zeichnen Sie die Kennlinien beider Vakuum-Saugdüsen für den erreichten Unterdruck in das
untenstehende Diagramm ein. pu = Unterdruck, p = Systemdruck
-1,0
pU
-0,8
VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2
-0,7
-0,6
-0,5
VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
1
2
3
4
5
p
7
Erreichter Unterdruck in Abhängigkeit vom Betriebsdruck
6
Messen der Evakuierungszeit beider Vakuum-Saugdüsen
Bauen Sie die oben dargestellte Schaltung entsprechend dem unten abgebildeten Schaltplan auf. Um die
Saugleistung der beiden Saugdüsen des Gerätesatzes vergleichen zu können, wird die Zeit vom Einschalten
des Betriebsdrucks (6 bar) bis zum Erreichen eines festgelegten Unterdruckwerts gemessen.
Hinweis:
Der Druckluftbehälter wird benötigt, um eine messbare Zeitspanne bei der Evakuierung zu erzielen und
simuliert damit ein größeres zu evakuierendes Vakuumsystem. Verwenden Sie zur Zeitmessung eine Uhr
oder eine Stoppuhr.
+24 V
1
2
1V3
1
3
3
2
13
S1
12
14
24
1V2
K1
K1
14
22
1Z2
11
21
2
31
S2
1
3
1Z1
32
1V1
A1
K1
1M1
2
1M1
1
3
A2
0V
11
12
14 .2
21
22
24 .3
31
32
34
41
42
44
7
–
–
Messen Sie die Evakuierungszeit für alle in der Tabelle aufgeführten Werte und tragen Sie die
Evakuierungszeit für beide Saugdüsen in die untenstehende Tabelle ein. Stellen Sie hierzu den
Systemdruck auf 6 bar ein.
Unterdruck
(bar)
Saugdüse VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2
Saugdüse VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2
Evakuierungszeit (s)
Evakuierungszeit (s)
-0,1 bar
0,4
-
-0,2 bar
0,8
0,4
-0,3 bar
1,0
0,8
-0,4 bar
1,8
2,0
-0,5 bar
2,4
Max. -0,44 bar
-0,6 bar
3,5
-0,7 bar
5,8
-0,8 bar
10,0
Tragen Sie die ermittelten Evakuierungszeiten in die untenstehende Grafik ein und zeichnen Sie die
Kennlinien für beide Saugdüsen ein.
10
VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2
t (s)
6
4
VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2
2
0
8
0
-0,2
-0,4
pU
-0,8
Vergleich der Vakuumsaugdüsen
–
Beschreiben Sie die Unterschiede der beiden eingesetzten Vakuum-Saugdüsen und ihre jeweiligen
Vorteile für die Vakuumerzeugung.
Saugdüse VN-05-H-T3-PQ2-VQ2-RQ2:
Dieser Typ von Saugdüse erreicht ein höheres Vakuum.
Dieses maximale Vakuum wird schon bei einem niedrigen Systemdruck erreicht.
Die Saugdüse benötigt jedoch eine signifikant höhere Evakuierungszeit als der Vergleichstyp.
Dieser Typ sollte dann eingesetzt werden, wenn die Sauggreifer höhere Haltekräfte aufbringen
müssen um z.B. schwere Lasten sicher zu halten.
Saugdüse VN-05-L-T3-PQ2-VQ2-RQ2:
Diese Saugdüse erreicht ein vergleichsweise niedriges Vakuum als die Vergleichsdüse (~50%)
Für das maximale erreichbare Vakuum wird ein hoher Systemdruck benötigt.
Im Gegensatz dazu benötigt sie eine sehr geringe Evakuierungszeit um den Unterdruck herzustellen.
Diese Saugdüse wird eingesetzt, wenn ein größeres Vakuumsystem schnell evakuiert werden soll. Die
Saugdüsen vom Typ L haben ihren optimalen Einsatz dort, wo ein geringeres Vakuum und/oder kurze
Taktzeiten benötigt werden.
Einflüsse auf die Vakuumerzeugung
–
Welche sonstigen Einflüsse, neben der Veränderung des Systemdrucks und der Größe des zu
evakuierenden Systems, können die Erzeugung von Unterdruck mit einer Vakuum-Saugdüse negativ
beeinflussen? Schreiben Sie diese auf.
Lange oder verengte Schlauchverbindung zwischen Ejektor und Sauger.
Lange oder verengte Druckluftleitung zum Ejektor.
Verschmutzter oder verstopfter Schalldämpfer.
Verteilerstücke und Winkelverbindungen in den Unterdruckleitungen
9
Einfluss von Verengungen auf die Vakuumerzeugung
Um Verengungen oder andere ungünstige Verhältnisse in den Druckluft oder Vakuumleitungen zu
simulieren wird in die entsprechende Leitung ein Drosselventil eingebaut. Durch Schließen der Drossel kann
so eine Verengung simuliert werden. Stellen sie die Drossel einmal auf einen bestimmten Drosselungsgrad
ein und verändern Sie diese Einstellung während des gesamten Versuchs nicht.
–
Simulieren Sie die in der Tabelle aufgelisteten Einflüsse in Bezug auf die Höhe des Vakuums und die
Evakuierungszeit
Einfluss
Vakuumsaugdüse (H-Typ)
Vakuumsaugdüse (L-Typ)
Verschmutzter Schalldämpfer
Evakuierungszeit:
Evakuierungszeit:
Schalldämpfer
Max. Vakuum
Max. Vakuum
Knick der Vakuumleitung
Besteht ein Knick an einer der beiden
Besteht ein Knick an einer der beiden
zwischen Sauger und Vakuummeter und
Stellen, bricht das Vakuum am Sauger
Stellen, bricht das Vakuum am Sauger
Vakuumsaugdüse und Vakuummeter
ab. Befindet sich der Knick zwischen
ab. Befindet sich der Knick zwischen
Vakuummeter und dem Sauger wird das
Vakuum jedoch weiterhin angezeigt
Vakuummeter und dem Sauger wird das
Vakuum jedoch weiterhin angezeigt
Drossel in der Druckluftleitung
Je kleiner der Drosselquerschnitt, desto
Drosselstelle zwischen Druckregel- bzw.
kleiner wird das erreichte Vakuum
10 cm
15 s
3s
100 cm
22 s
5s
Drosselstelle zwischen Vakuumsaugdüse und
Wegeventil und Vakuumsaugdüse
Drossel in der Vakuumleitung
Drosselstelle zwischen Umgebungsdruck und
Vakuumsaugdüse mit Vakuummeter
dazwischen. Simuliert poröses Werkstück.
Messen Sie die Evakuierungszeit bis zum
Erreichen des maximalen Vakuums (mit
Druckluftbehälter) bei unterschiedlicher Länge
der Vakuumleitung
10

Grundlagen der Vakuumtechnik

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